Nasa
Op 19 december 1972 plonsden de astronauten Eugene Cernan, Harrison Schmitt en Ronald Evans veilig neer in de Stille Oceaan, waarmee de Apollo 17 maanmissie eindigde. Zij waren de laatste mensen die verder reisden dan een lage baan om de aarde – meestal gedefinieerd als minder dan 1000 km boven het aardoppervlak.
Ongeveer 49 jaar later, naderen we de lancering van Nasa’s Artemis 1 maanmissie. Artemis is de laatste in een lange reeks van projecten gedurende vele decennia om een menselijke terugkeer naar de maan te proberen. Het is verreweg het dichtst bij verwezenlijking, met de vroegste lanceerpogingen momenteel gepland voor maart 2022.
Artemis 1 zal geen astronauten vervoeren, maar het zal het eerste ruimtevaartuig lanceren dat daartoe in staat is op een terugreis naar de maanbaan in bijna 50 jaar. Met het uiteindelijke doel om een langdurige menselijke aanwezigheid op en rond de maan te vestigen, is Artemis de eerste in een reeks van steeds complexere missies met bemanningen in de diepe ruimte die voor de komende jaren zijn gepland.
Lees meer:
Hoe is de maan terechtgekomen waar hij staat?
Artemis 1 bestaat uit een Orion-ruimtevaartuig dat zal worden gelanceerd door het nieuwe ruimtelanceersysteem – momenteel ’s werelds krachtigste operationele raket. Orion bestaat uit de bemanningsmodule, een kegelvormige capsule die plaats biedt aan maximaal zes astronauten voor 21 dagen in de diepe ruimte, en de Europese dienstmodule, die de hoofdraketmotor van Orion bevat.
De Europese Servicemodule wekt elektrische energie op met opvallende “x-vleugel”-zonnepanelen, en vervoert voorraden water, ademlucht en brandstof. Het regelt ook de thermische omgeving in de bemanningsmodule, en houdt astronauten en elektrische systemen binnen veilige temperatuurgrenzen.
Twee kritieke uitdagingen
De twee moeilijkste onderdelen van een ruimtemissie zijn lancering en landing. Laten we eerst eens kijken hoe Artemis 1 zal lanceren.
Het ruimtelanceersysteem bestaat uit een enorme met vloeistof aangedreven kerntrap, aangedreven door motoren uit het Space Shuttle-tijdperk, en twee krachtige aan de zijkant gemonteerde boosterraketten met vaste brandstof, die samen bijna negen miljoen pond stuwkracht leveren bij de lancering.
Bovenop de kerntrap bevindt zich de tussentijdse cryogene voortstuwingstrap, een kleinere vloeistof aangedreven motor die Orion uit zijn baan om de aarde zal duwen in de richting van de maan.
Het Orion-ruimtevaartuig is nu bevestigd aan het ruimtelanceersysteem in het Kennedy Space Centre in Florida voor een reeks pre-launch tests en repetities. Dit omvat het tanken van het ruimtelanceersysteem en het oefenen van het uitrollen van alle elementen van de raket naar het lanceerplatform.
Orion kan tot zes astronauten herbergen voor drie weken in de diepe ruimte.
Europese Ruimtevaartorganisatie
Hoewel het ruimtelanceersysteem nog nooit heeft gevlogen, is het Orion-ruimtevaartuig wel al een keer in de ruimte getest. Dit was ook zonder astronauten, terug in 2014. Hoewel deze testvlucht met succes verder reisde dan een lage baan om de aarde, ging het niet helemaal naar de maan.
Objecten die van de Maan terugkeren naar de Aarde reizen aanzienlijk sneller wanneer ze onze atmosfeer tegenkomen dan objecten die uit een lage baan om de Aarde vallen. Dit genereert zeer hete temperaturen. Een van de hoofddoelen van Artemis 1 is ervoor te zorgen dat de thermische bescherming op Orion bestand is tegen deze woeste hitte tijdens de terugkeer in de dampkring van de aarde.
Bij thuiskomst zal Orion met 25.000 mph reizen wanneer het de top van de atmosfeer van de Aarde bereikt, en moet het temperaturen van 2.760℃ weerstaan. Ter vergelijking, een ruimtevaartuig dat terugkeert naar de Aarde vanuit het Internationale Ruimtestation in een lage baan om de Aarde reist doorgaans met snelheden van 17.000 mph en komt temperaturen tegen van ruwweg 1.900℃.
Lees meer:
Vijf redenen om Mars voorlopig te vergeten en terug te keren naar de maan
Wat gebeurt er na het opstijgen?
Artemis 1 zal vanaf het Kennedy Space Centre in een baan om de aarde worden gelanceerd, waarna de kerntrap van het ruimtelanceersysteem wordt losgemaakt, en de tussenliggende cryogene voortstuwingstrap zal ontbranden, en Orion op weg naar de maan zal sturen.
Na een reis van enkele dagen zal de Artemis 1 naar beneden duiken tot slechts 100 km boven het maanoppervlak, zijn boordmotoren afvuren en in een verre achterwaartse baan rond de maan komen, die hem tot een maximale afstand van de aarde van ongeveer 430.000 km zal brengen. Vanaf zo’n afstand lijkt de aarde voor een astronaut ongeveer even groot als de nagel van je pink die je op armlengte houdt.
Dit is de grootste afstand van de aarde die ooit door een ruimtevaartuig met menselijke capaciteiten is bereikt. De huidige recordhouder is de Apollo 13 missie uit 1970, die een maanlanding moest afbreken na een explosie in een van de zuurstoftanks van het ruimteschip.
Deze afbeelding toont de verre retrograde maanbaan van Artemis 1 op schaal.
Ian Whittaker, Auteur voorzien
Gedurende deze periode zullen ingenieurs de systemen van Orion testen – zoals zijn vermogen om luchtdruk en stralingsniveaus binnen de bemanningscapsule te behouden. Hoewel Artemis 1 in de eerste plaats bedoeld is om de levensvatbaarheid van Orion voor toekomstige bemande missies vast te stellen, moeten camera’s aan de uiteinden van de zonnepanelen van de European Service Module adembenemende beelden opleveren van Orion in de ruimte, met de aarde en de maan als achtergrond.
Na zes dagen in een baan om de maan, zal Orion nog een aantal motorontstekingen uitvoeren en nog een dichte maanvlucht maken, voordat het aan zijn reis naar huis begint. Exacte tijdstippen van de vlucht zullen afhangen van wanneer Artemis 1 wordt gelanceerd.
Talrijke overwegingen voor de lanceervensters moeten worden gemaakt, zoals ervoor zorgen dat de aarde het zonlicht niet blokkeert om de zonnepanelen van de Europese dienstmodule te bereiken tijdens de vluchten van en naar de maan, en dat de terugkeer en de plonslanding bij daglicht gebeurt om te helpen bij het herstel van het ruimtevaartuig.
Naar verwachting zal Orion zo’n 26 dagen na de lancering de Europese dienstmodule loskoppelen en dan de platte basis van het kegelvormige bemanningscompartiment, bekleed met thermische bescherming, naar de aarde richten voor wat hopelijk een veilige atmosferische terugkeer en parachute-ondersteunde splashdown in de Stille Oceaan zal zijn.
Er hangt veel af van het succes van deze missie. Als alles goed gaat, kunnen we hopen de Artemis 2 – met astronauten – in de komende jaren te zien opstijgen.
De auteurs werken niet voor, consulteren, bezitten geen aandelen in of ontvangen geen financiering van een bedrijf of organisatie die baat zou hebben bij dit artikel, en hebben geen relevante affiliaties buiten hun academische aanstelling bekend gemaakt.
